对可控分子组装和解组装过程微观机制的理解，是物理化学、材料科学、纳米科学、生命科学等领域都非常重视且有挑战性的前沿课题。本论文以研究可控分子组装和解组装的微观机制为内容，以量子化学、全原子分子动力学、粗粒化分子动力学及非平衡分子动力学模拟为手段，以分子体系的物理化学性质为基础，力图在分子水平上，更好地理解分子间非共价相互作用在可控分子组装和解组装过程中的关键作用，并解释和预测实验现象。首先，我们从量化角度利用新型密度泛函研究杂原子桥连杯芳烃体系对卤素阴离子的识别，所得热力学量与实验值定性一致。我们发现体系中氢键、阴离子-π、孤对电子-π等各弱相互作用共存且有协同效应。其相对强弱可建立参考体系考察。水分子参与可提高主体分子结合阴离子的能力。通过考虑溶剂效应，我们指出杂原子桥连杯芳烃在构建离子通道方面有潜在应用。其次，以含偶氮苯光敏基团的表面活性剂(AzoC10)和α-环糊精(α-CD)体系为例，我们运用全原子分子动力学方法模拟在水溶液中主客体的分子组装，揭示了偶氮苯的光异构化和非共价相互作用在可控组装和解组装过程中的作用。在此基础上，我们运用粗粒化分子动力学模拟在更大的时间和空间尺度上研究光控可逆自组装过程。我们发现cis-, trans-AzoC10及cis-AzoC10/α-CD单体分子具有两亲性，可在水溶液中自发聚集成胶束，而由trans-AzoC10/α-CD预组装胶束则发生解组装。组装单体的结构和浓度决定了聚集体的形貌。粗粒化分子动力学模拟在全原子分子动力学模拟和实验之间搭建了一座桥梁。最后，我们通过非平衡分子动力学、第一性原理计算、动态蒙特卡洛模拟相结合的多尺度理论方法，以核隧穿电荷跳跃模型为基础，研究晶格形变对TIPS-P电荷传输性能的影响。我们首先验证实验上剪切形变TIPS-P分子晶体中一维电荷传输的事实，揭示了TIPS-P分子晶体中晶格形变、分子堆积与载流子迁移率间的关系，并预测各种晶格形变下载流子迁移率的变化，以便更有效地调节有机半导体的电荷传输性能。而且，我们发现将剪切应变和正应变相结合，可使TIPS-P的电荷传输性能接近各向同性，且空穴迁移率可提高至少一个数量级。此研究开启了理论上更深层次地理解晶格形变对有机半导体电荷传输性能影响的大门。